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shRNA表达克隆

2 p53信号

Feb 16, 2009 No Comments

2 p53信号

1) p53基因的发现

p53基因是迄今发现与肿瘤相关性最高的基因。1979年,Lane和Crawford在感染了SV40的小鼠细胞内分离获得一个与SV40大T抗原相互作用的蛋白,因其分子量为53 kDa,故而取名为p53(人的基因称为TP53)[3]。起初,p53被误认为是癌基因,直到上个世纪90年代,人们才认识到引起肿瘤形成或细胞癌变的p53蛋白是p53基因的突变产物。野生型p53基因是一种重要的抑癌基因,它是细胞生长周期中的负调节因子,在细胞周期调控、DNA损伤修复、细胞分化、凋亡和衰老等许多过程中发挥了重要的生物学功能,因而被誉为“细胞卫士”(如图6)。随着研究的深入,人、猴、鸡、大鼠、非洲爪蟾和斑马鱼等多种模式动物的p53基因也相继被克隆。

其中,人类TP53基因定位于染色体17P13.1,小鼠p53基因被定位在11号染色体上,并在14号染色体上发现无功能的假基因。在这些进化程度迥异的动物中,它们的p53基因结构却异常保守,基因全长16-20kb,都由11个外显子和10个内含子组成。其中第1个外显子不编码结构域,外显子2、4、5、7、8则分别编码5个进化上高度保守的结构域,转录形成约2.5 kb的mRNA。之后,在基因同源性的基础上又陆续发现了p53家族的其它成员,分别是p73和p63,它们也因各自的分子量而得名,具有和p53相似的结构和功能。

2) p53信号通路

p53基因受多种信号因子的调控。例如:当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异常时,p53基因被激活,导致细胞周期停滞并启动DNA修复机制,使损伤的DNA得以修复。然而,当DNA损伤过度而无法被修复时,作为转录因子的p53还可进一步激活下游促凋亡基因的转录,诱导细胞凋亡并杀死有DNA损伤的细胞。不然,这些DNA损伤的细胞就可能逐渐脱离正常的调控,有可能最终形成肿瘤。

虽然正常状态下p53的mRNA水平很高,而且有大量蛋白质合成,但p53蛋白容易降解,所以正常细胞内p53蛋白水平很低。蛋白的泛素化(ubiquitination)修饰是细胞内蛋白代谢过程中的最普通的降解方式,p53蛋白的降解也是通过泛素化来实现的。MDM2是一种特异性针对p53的泛素化E3连接酶,它可直接与p53蛋白结合来促进p53蛋白的泛素化降解,并在细胞内p53蛋白动态平衡中发挥关键的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活,因此MDM2是p53通路中重要的负反馈调节因子(negative feedback regulator)(如图7)。

3) p53与肿瘤

p53基因敲除小鼠虽然可以产生后代,但其生长发育过程中会出现高频率的自发性肿瘤,这提示p53蛋白与肿瘤之间存在密切的关系。事实上,目前TP53基因是与人类肿瘤的相关性最高的基因,与50%以上的人类恶性肿瘤有关,而且现正已在超过51种人类肿瘤病例中发现TP53基因的异常表达和功能失活。TP53基因突变是其功能失活的主要原因,至今已发现400多种TP53基因突变类型,其中147种与胃肠道肿瘤有关,而最常见的突变方式是点突变。通过分析大量肿瘤病例中的TP53突变位点,证实肿瘤中95.1%的p53点突变位点发生在高度保守的DNA结合区,尤以第175、245、248、249、273和282位点的突变率最高(如图8)。此外,某些点突变改变了p53的空间构象,影响了p53蛋白与MDM2和p300等蛋白的相互作用。另一些点突变发生在p53的核定位信号区,使p53无法进入细胞核发挥转录激活的功能。不同肿瘤的TP53基因突变位点并不一致,例如:结肠癌中G:C→A:T转换占到79%;在乳腺癌中,G→T颠换占到1/4,而这种突变在结肠癌十分少见;淋巴瘤和白血病的TP53基因突变方式与结肠癌相似;在肺癌中G:C→T:A突变最普遍,而食道癌中发生G→T颠换的频率很高。

目前看来,在肿瘤形成的复杂网络和调控体系中,p53是最主要的因素。有人认为p53是很好的肿瘤诊断标志物,可以作为癌症早期诊断的重要指标。认识到p53基因的重要作用后,全世界数以千计的分子生物学家正在抛开原来的课题转而研究p53,希望以此作为攻克癌症的突破口。科学家相信,利用p53基因发现并治疗癌症的前景非常广阔。除了基因治疗,研究人员正在筛选可以影响p53基因上下游调控的小分子化合物。罗氏制药公司开发的一种名为nutlins的小分子化合物,能够干扰p53和MDM2之间的调控关系,有望成为一种有效的抗癌药物。

原文检索:

Vousden KH, Lu X. Live or let die: the cell’s response to p53. Nature Reviews Cancer. 2002 Aug; 2(8): 594-604.

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